一种耐低温柔性氟碳涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种耐低温柔性氟碳涂料及其制备方法。


背景技术：

2.目前我国铁路桥梁分两种，一种是混凝土桥梁，另一种是钢结构桥梁。混凝土桥梁中含有大量钢材料，因混凝土本身具有热胀冷缩及空隙等物理特性，容易产生空气、水份及其他介质，会对混凝土产生侵蚀，导致混凝土桥梁劣化及钢材料腐蚀。钢结构桥梁主要应用于铁路重要关键节点，尤其是跨越大江大河和深切峡谷的大跨度桥几乎都是钢结构桥梁。钢结构桥梁常年暴露室外，面临着大气环境腐蚀带来的危害，需要防腐涂装进行防腐。在复杂严酷环境中，例如具有强紫外、大温差特点的川藏地区，钢结构桥梁需要一种抗紫外老化能力强、耐低温、断裂仲长率高的防腐涂装。综上，无论是铁路混凝土桥梁，还是钢结构桥梁，都需要一种耐老化、耐低温和高断裂伸长率的防腐涂装。
3.氟碳涂料因其独特的f-c键结构，具有优异的耐老化性能，但现有氟碳涂料属于刚性材料，形成的涂层呈现脆性，柔性低，断裂伸长率为0～60％，耐低温性能较差，尤其是在我国高原及北方地区寒冷天气下，容易开裂、剥落。为适应混凝土桥梁和钢结构桥梁的防腐涂装，需使氟碳涂料具有高耐老化性、柔性好、断裂伸长率高并具有耐低温性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为解决现有氟碳涂料存在的不耐低温、柔性不足，断裂仲长率低的问题。提供一种耐低温柔性氟碳涂料及其制备方法，本发明的耐低温柔性氟碳涂料具有高耐老化性、柔性好、伸长率高并具有耐低温性能的优点。
5.本发明的特点是通过氟树脂与一定比例的聚醚多元醇混合，使涂层在低温条件下仍具有很好的力学性能及高耐老化性。
6.本发明提供如下技术方案：
7.一方面，本发明提供一种耐低温柔性氟碳涂料，该氟碳涂料包括a、b两种组分，
8.其中，a组分由以下重量份原材料组成：氟碳树脂40～50份，聚醚多元醇10～30份；填料15～35份；紫外线吸收剂1.0～2.0份；光稳定剂0.5～1.0；流平剂0.03～0.2份；消泡剂0.3～1.6份；成膜助剂1.0～2.0份；稀释剂10～15份；
9.b组分由以下重量份原料组成：改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、聚酯多元醇10～20份、脂肪族异氰酸酯30～45份、稀释剂20～30份、催化剂0.02～0.04份。
10.优选地，a组分由以下重量份原材料组成：氟碳树脂43～48份，聚醚多元醇15～25份；填料16～31份；紫外线吸收剂1.3～1.8份；光稳定剂0.7～0.9；流平剂0.03～0.15份；消泡剂0.8～1.2份；成膜助剂1.2～1.8份；稀释剂10～15份。
11.更优选地，a组分由以下重量份原材料组成：氟碳树脂44～45份，聚醚多元醇18～20份；填料16～30.5份；紫外线吸收剂1.5～1.6份；光稳定剂0.8～0.9；流平剂0.05份；消泡
剂1.1份；成膜助剂1.4份；稀释剂14份。
12.优选地，b组分由以下重量份原材料组成：改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、聚酯多元醇12～18份、脂肪族异氰酸酯34～42份、稀释剂22～28份、催化剂0.03份。
13.更优选地，b组分由以下重量份原材料组成：改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、聚酯多元醇13～16份、脂肪族异氰酸酯36～40份、稀释剂25～26份、催化剂0.03份。
14.优选地，所述a组分与所述b组分之间的重量比为100∶11～100∶13。
15.优选地，所述a组分与所述b组分之间的重量比为100∶12。
16.优选地，在所述a组分中，所述氟碳树脂选自三氟树脂或四氟树脂，优选为四氟树脂。
17.优选地，在所述a组分中，所述聚醚多元醇为分子量2000～4000的聚己内酯二醇或聚碳酸酯二醇，优选为capa2201a。
18.优选地，在所述a组分中，所述填料选自轻质碳酸钙、钛白粉、炭黑，优选为钛白粉。
19.优选地，在所述a组分中，所述紫外线吸收剂选自苯并三氮唑类，优选为uvp-327紫外线吸收剂。
20.优选地，在所述a组分中，所述光稳定剂选自硅偶联剂，优选为uv-327光稳定剂。
21.优选地，在所述a组分中，所述流平剂选自有机硅类，优选为硅基改性有机硅氧烷。
22.优选地，在所述a组分中，所述消泡剂选自有机硅乳液，优选为聚硅氧烷消泡剂。
23.优选地，在所述a组分中，所述成膜助剂选自醇类，优选为丙二醇。
24.优选地，在所述a组分中，所述稀释剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯中的一种或多种，优选为二甲苯。
25.本发明的a组分以氟碳树脂为主体，氟碳树脂因其牢固的f-c键，比其他树脂具有较好的耐热性、耐候性，添加了聚醚多元醇，使其具有较好的低温柔性。
26.本发明a组分中添加一定比例紫外线吸收剂和光稳定剂，增强涂层对紫外线的吸收并减少紫外线对聚合物分子链的破坏，可以显著提高其耐候性。
27.本发明a组分中的钛白粉是一种性能优异的填料，具有很好的遮盖力及耐老化性能，a组分中的二甲苯是广泛应用的有机溶剂。本发明的a组分中还包含一些功能性助剂，如流平剂、消泡剂、成膜助剂；还含有其他填料作为颜填料中的色素。
28.优选地，在所述b组分中，所述改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇由如下组分制备而成：分子量为6000～10000的二官能度多元醇95～110份、分子量为6000～10000的三官能度多元醇50～70份、分子量2000～4000聚四氢呋醚10～30份及脂肪族异氰酸酯1～4份。
29.优选地，在所述b组分中，所述改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇由如下组分制备而成：分子量为6000～10000的二官能度多元醇100份、分子量为6000～10000的三官能度多元醇60份、分子量2000～4000聚四氢呋醚20份及脂肪族异氰酸酯3份。
30.优选地，所述分子量为6000～10000的二官能度多元醇选自capa2204、capa2209.优选为capa2204。
31.优选地，所述分子量为6000～10000的三官能度多元醇选自puranol g4030和puranol g5030，优选为puranol g4030。
32.优选地，在所述b组分中，所述聚酯多元醇选自芳香族聚酯多元醇，优选为聚己内酯二醇。
33.优选地，在所述b组分中，所述脂肪族异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯。
34.优选地，在所述b组分中，所述稀释剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯或二甲苯，优选为二甲苯。
35.优选地，在所述b组分中，所述催化剂选自有机锡催化剂或有机铋催化剂，优选为有机锡催化剂。
36.本发明的b组分采用自制的改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、脂肪族异氰酸酯为合成原料，而非采用芳香族异氰酸酯。三者特定的比例，a组分与b组分混合后制得的柔性氟碳涂料具有高伸长率、优异耐低温性、老化后高的伸长率。
37.另一方面，本发明提供一种上述耐低温柔性氟碳涂料的制备方法，该方法包括如下步骤：
38.(1)a组分的制备
39.将氟碳树脂、聚醚多元醇、填料、紫外线吸收剂、光稳定剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂、稀释剂投入真空反应釜，高速搅拌20分钟，然后通过研磨机研磨细度至25μm以下，过滤包装；
40.(2)b组分的制备：
41.步骤一：改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇的制备：将分子量为6000～10000的二官能度多元醇、分子量为6000～10000的三官能度多元醇、分子量2000～4000聚四氢呋醚及脂肪族异氰酸酯投入真空反应釜，在90℃条件下反应1h；
42.步骤二：将改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇投入真空反应釜并搅拌10min，然后加热至100～120℃真空脱水1～1.5h；
43.步骤三：控制真空反应釜内温度在80～90℃，加入脂肪族异氰酸酯，搅拌10min后按量缓慢加入催化剂，恒温搅拌4～5h；
44.步骤四：待温度降至室温后加入稀释剂，搅拌1h，出料包装；
45.(3)将a组分与b组分混合，即得到本发明的耐低温柔性氟碳涂料。
46.与现有技术相比较，本发明至少存在如下有益的技术效果：
47.(1)本发明a组分采用氟碳树脂作为原料，由于不含氯离子，具有较好的耐候性，同时含有聚醚多元醇，使其耐低温性能提高。
48.(2)本发明b组分采用脂肪族异氰酸酯作为原料，由于不含苯环，具有较好的耐黄变性，还采用改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇，制得的b组分中柔性链较多，与氟碳树脂制成的涂层具有较好的柔性。本发明的b组分采用自制的改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、脂肪族异氰酸酯三者之间特定的比例，a组分与b组分混合后制得的柔性氟碳涂料具有高伸长率、优异耐低温性、老化后高的伸长率。
49.(3)本发明的耐低温柔性氟碳涂料耐低温性好且拉伸性能优良。经测试，本发明的耐低温柔性氟碳涂料在-30℃条件下2mm弯曲无裂纹，拉伸强度大于10mpa，断裂伸长率100％-300％，与混凝土基材附着力大于3.0mpa，与钢材基材附着力大于3.0mpa，耐人工气候加速老化1000h后，保光率大于90％，拉伸强度保持率大于80％，耐人工气候加速老化3000h后保光率大于70％，耐候性能优异。
具体实施方式
50.下面结合具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。
51.表1实施例1-5和对比例1-4的组成配方
[0052][0053]
耐低温柔性氟碳涂料制备方法如下：
[0054]
(1)a组分的制备
[0055]
将三氟树脂或四氟树脂、聚醚多元醇、填料、紫外线吸收剂、光稳定剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂、稀释剂投入真空反应釜，高速搅拌20分钟，然后通过研磨机研磨细度至25μm以下，过滤包装，即得a组分；
[0056]
(2)b组分的制备
[0057]
改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇制备：将分子量为6000～10000的二官能度多元醇、分子量为6000～10000的三官能度多元醇、分子量2000～4000聚己内酯二醇及异佛尔酮二异氰酸酯投入真空反应釜，在90℃条件下反应1h；
[0058]
将改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇投入反应釜，搅拌10min，升温至115℃真空脱水1h、然后加入脂肪族异氰酸酯，搅拌10min后滴加催化剂，温度控制在90℃反应4h，待温度降至50℃以下后加入20份稀释剂，搅拌1h，出料即得b组分。
[0059]
(3)将a组分与b组分按重量比混合即得到本发明涂料。
[0060]
对实施例1～5和对比例1-4的耐低温柔性氟碳涂料性能测试结果如表2所示。
[0061]
表2：实施例1～5和对比例1-4的耐低温柔性氟碳涂料性能测试结果
[0062][0063][0064]
其中，拉伸强度和断裂伸长率的测试采用gb/t528-2009的方法进行测试。低温柔性的测试参照gb/t6742-2007，温度选择为-30℃。耐人工加速老化的测试选择gb/t14522-2008，选择uvb-313光源，暴露周期为类型7，其中保光率测试采用光泽度仪60
°
进行测量，保光率为人工气候老化后测量的光泽度值与人工气候老化前的测量值光泽度的比值，是衡量
涂料耐候性的-个重要指标。
[0065]
实施例1-5的拉伸强度≥13mpa，伸长率≥190％，低温柔性(-30℃)2mm不开裂，1000h保光率≥90％，1000h老化后拉伸强度≥14mpa，1000h老化后断裂伸长率≥170％，3000h保光率≥68％，附着力≥3.7mpa。对比例1中b组分改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇中不含有三官能度多元醇；对比例2中b组分改性低不饱和度高分子量聚醚多元醇中二官能度多元醇与三官能度多元醇比例不同；对比例3中氟碳树脂用量较大，且聚酯多元醇用量较高，对比例4的b组分中不含有聚酯多元醇，4个对比例氟碳涂层拉伸强度较低、伸长率较大、耐低温较差、耐老化性能较差。
[0066]
以上实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部。对于本领域技术人员，依然可以对前述各实施例技术方案进行修改。凡在本发明的思想和原则内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。